JP6710003B2 - 対象物の面合わせ・調心装置 - Google Patents
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Description
そのようなボールベアリングや、ローラベアリングでは、ジンバルに低荷重が加えられるような場合には、何ら問題無いが、半導体パッケージの封印(封止)工程等に使用して、自由に傾動可能なジンバルに高荷重が加わるような場合には、ジンバルを支持する部材を構成するボールベアリングは、点接触であり、ローラベアリングは、線接触であり、非常に狭い面積領域に大きな荷重が加わることになり、支持部材を構成するボールベアリング等の部品の塑性変形や破断等のおそれがあり、ジンバルに高荷重が加わるようなものには適用できないという問題点があった。
第1の発明に係る面合わせ・調心装置は、対象物が載置されるステージ部と、
前記ステージ部を下方から支持する基台部と、
前記ステージ部に設けられ、下方に凸となる球面状の凸球面状外形部と、
前記基台部に軸支されると共に、前記凸球面状外形部の水平接線方向への水平移動と前記水平接線方向を軸とする回転移動とが可能であって、前記凸球面状外形部を下方から支持する少なくとも3個のロール状支持部と、
前記基台部に設けられ、前記凸球面状外形部と整合する下方に凹む球面状の凹球面状外形部と、
前記ロール状支持部の軸を支持すると共に、前記凹球面状外形部から離間している前記凸球面状外形部が、前記ステージ部に対する荷重の増加に伴い前記凹球面状外形部に密着するように弾性変形する弾性部材と、
枠状で前記ステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う2箇所で前記ステージ部に対して固定される変形可能な撓みプレートと、
前記基台部に支持されると共に、水平面の前記一方向と交差する他方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う2箇所で前記撓みプレートに対して固定される固定プレートと、
を備える。
これにより、ステージ部に弾性部材が弾性変形可能な小さな荷重が加わった場合、すなわち、そのような低荷重がステージ部に加わった場合は、弾性部材が弾性変形することで、ステージ部と共にロール状支持部が(下方に移動して)沈むことで、ロール状支持部を構成する例えば点接触するボールベアリング等が塑性変形したり、破断することなく、上述したようなステージ部の自由な傾動動作を支持しながら、ステージ部に加わる荷重を受け止めることができる。
一方、ステージ部へ大きな荷重が加わった場合、弾性部材が大きく弾性変形して、ステージ部が大きく下方に移動して沈み込み量が大きくなると、凸球面状外形部と凹球面状外形部とは互いに整合するような外形曲面に形成されていることで、ステージ部の凸球面状外形部の全体と、基台部の凹球面状外形部の全体とが互いに密着し、凸球面状外形部の全体を、凹球面状外形部の全体で支持することになる。これにより、ステージ部へ大きな荷重が加わったような場合であっても、当該荷重がロール状支持部の狭い面積領域に加わるようなことを防止することができ、ロール状支持部を構成する部品の塑性変形や破断等の発生を防止することができ、ロール状支持部が破損してしまうようなことを回避することができる。
これにより、面合わせなどで高荷重が加わるような場合であっても、当該荷重による変形や摩耗性が少ない、いわゆる耐荷重性の高いステージ構造を有する装置を提供することができる。
また、傾動動作可能なジンバルは、撓みプレートを介して固定プレートに連結されることになるので、所定の傾動動作が自由に行うことができると共に、ステージ部の回転方向の動きを記載することができる。これにより、ステージ部が他数回の傾動動作で際限なく回転移動してしまうようなことを防止することができる。
第2の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記固定プレートと前記基台部との間には、水平面上の直交する2軸でスライド可能なスライド装置を備えたことを特徴とする。
本発明に係るスライド装置は、水平面方向に任意に移動調整可能なものを全て含むものであり、例えば、XY平面状の直交する2軸で自由にスライド可能なXYスライド装置が含まれるものである。
本発明によれば、固定プレートは、撓みプレートを介して、ステージ部に連結されている。固定プレートと基台部との間にスライド装置を備えていることで、ステージ部を、水平面状の直交する2軸方向へ移動させることが可能となる。これにより、自由に傾動可能なステージ部の水平方向への移動をガイドすることが可能となる。
ステージ部を自由に傾動動作することができる上に、水平方向への移動ができることで、種々の大きさの対象物を適用可能にすることができ、面合わせ・調心装置としての作業性を向上させることができる。
第3の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記撓みプレートの上方には、前記撓みプレートの上方を覆う保護カバーを設けたことを特徴とする。
第4の発明に係る対象物の面合わせ・調心装置は、前記凸球面状外形部が前記凹球面状外形部と密着するように前記ステージ部を前記基台部側に移動させて保持する保持機構を備える。
なお、この保持機構は、ステージ部を下方に強制的に移動させて沈みこませて、ステージ部の凸球面状外形部と、基台部の凹球面状外形部とを密着させることができるようなものであれば、その機構の構成は特に限定されるものではない。
図1に示すように、本実施形態に係る対象物の面合わせ・調心装置10は、対象物17(図7参照)を配置するステージ部である円板状のジンバル11と、該ジンバル11を下部から支持する基台部16であるジンバルベース12とを備えている。
ステージ部としてのジンバル11は、その下面部に、球面状の凸状外形が形成された凸球面状外形部13を有している(図7参照)。
基台部16としてのジンバルベース12は、ジンバル11の凸球面状外形部13を支持するロール状支持部60と、ステージ部としてのジンバル11の凸球面状外形部13に整合する凹状外形が形成された凹球面状外形部15(図7参照)とを有している。
ロール状支持部60は、ステージ部の凸球面状外形部を下方から支持して、少なくとも3つ以上設けられており、このロール状支持部60は、凸球面状外形部13の水平接線方向へ水平移動可能に構成されると共に、凸球面状外形部13の水平接線方向を軸とする回転移動が可能に構成されている。
ロール状支持部60の軸は、ステージ部としてのジンバル11の上面において、荷重が加わった場合に弾性変形可能な弾性部材70で支持されている。
ステージ部としてのジンバル11へ荷重が加わると弾性部材70が弾性変形することでステージ部としてのジンバル11と共にロール状支持部60が沈む(下方に移動する)ように形成されている。
ステージ部としてのジンバル11への荷重が増加して大きな荷重になると、ジンバル11の凸球面状外形部13と、基台部16としてのジンバルベース12の凹球面状外形部15とが密着し、凸球面状外形部13を凹球面状外形部15で支持するように形成されている。
図2に示すように、ジンバルベース12は底部を有する略円筒形状の外形を成し、その上部にはジンバル11を下方から支持する上部ジンバルベース12aと、この上部ジンバルベース12aを支持する下部ジンバルベース12bとを備えている。
三つのロール状支持部60はジンバル11の中心部から同心円上に120度間隔をあけて均等に取外し可能に配置されている。
この移動調整手段19は、ジンバル11の周囲に位置して、ジンバル11と複数箇所で接続される変形可能な薄板四角枠状の撓みプレート20と、この撓みプレート20と複数箇所で接続されると共に、ジンバルベース12により支持されて撓みプレート20よりも剛性の高い固定プレート25とを備えている。
撓みプレート20は、枠状でステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向においてステージ部を挟んで向かい合う2箇所でステージ部に対して固定されている。
固定プレート25は、基台部16に支持されると共に、水平面の一方向と交差する他方向においてステージ部を挟んで向かい合う2箇所で撓みプレート20に対して固定されている。
また、撓みプレート20の枠状外縁と、撓みプレート20の中心から円周方向180度間隔で固定プレート25とが第2連結部26(具体的にはねじ)により2箇所連結されている。2箇所の第1連結部22を結ぶラインと、2箇所の第2連結部26を結ぶラインとは、互いに直行するように配置されている。このように、第1連結部22と第2連結部26とが、ジンバル11の円周方向の周囲に90度間隔で離れた位置となるように設定されていることで、ジンバル11の水平方向、垂直方向、回転方向の移動を、撓みプレート20及び固定プレート25の変形で吸収することが十分可能となるように形成されている。
なお、本実施の形態では、2箇所の第1連結部22を結ぶラインと、2箇所の第2連結部26を結ぶラインとは、直交するように形成されているが、特に直交することに限定されるものではなく、交差していれば特に直交していなくてもよいものである。
具体的には、このスライド装置30は、固定プレート25と基台部16としてのジンバルベース12との間に位置して、水平面上のX軸方向にスライド可能なX軸スライド装置31(図1、図5、図6、図8参照)と、固定プレート25と基台部16としてのジンバルベース12との間に位置して、水平面上のY軸方向にスライド可能なY軸スライド装置41(図1、図6、図8、図9参照)とを備えている。
また、撓みプレート20の上方には、撓みプレート20の上方を覆う保護カバー80を設けている。なお、この保護カバー80は、ジンバルベース12からの延設さている縦断面形状が略コ字状の保護カバー支持板81により支持されているものである。
また、図7に示すように、ステージ部としてのジンバル11を下方に移動させて、ステージ部としてのジンバル11の凸球面状外形部13と、基台部16としてのジンバルベース12の凹球面状外形部15とを密着させたまま保持することで、ステージ部の移動を制限する保持機構50を備えている。
図7に示すように、ジンバル11は、その下面部に仮想の点を中心(仮想中心G、なお、仮想中心Gは、ジンバル11の回転中心となる。)とする球面状の外形が形成された凸球面状外形部13を有する略円形状を成している。
なお、図8〜図10において、ジンバル11の上面に載置されている立方体状のものは、ジンバル11の上面に対象物17を載置する際に作業性を考慮して便宜上使用している治具としてのスペーサ100である。
また、本実施の形態では有していないが、2つのスライドレール32、42の上をスライドするスライド部33、43の移動を拘束する拘束手段を、別途設けてもよいものである。具体的には例えばエアシリンダーから伸縮する棒状部材等によりスライド部33、43の移動を拘束するように形成するようなものが含まれる。
これにより、ジンバル11に低荷重が加わった場合は、弾性部材が弾性変形することで、ステージ部としてのジンバル11と共にロール状支持部60が(下方に移動して)沈むことで、ロール状支持部60を構成する例えば点接触するボールベアリング等が塑性変形したり、破断することなく、上述したようなジンバル11の自由な傾動動作を支持しながら、ジンバル11に加わる荷重を受け止めることができる。
一方、ステージ部としてのジンバル11への荷重が増加して、大きな荷重になった場合、弾性部材70が大きく弾性変形して、ジンバル11が大きく(下方に移動し)沈み込み量が大きくなると、凸球面状外形部13と凹球面状外形部15とは互いに整合するような外形曲面に形成されていることで、ジンバル11の凸球面状外形部13の全体と、ジンバルベース12の凹球面状外形部15の全体とが互いに密着し、凸球面状外形部13の全体を、凹球面状外形部15の全体で支持することになる。これにより、半導体パッケージの封印(封止)工程等に用いて、ステージ部への荷重が増加して大きな荷重となるような場合であっても、当該荷重がロール状支持部60の狭い面積領域に加わるようなことを防止することができ、ロール状支持部60を構成する部品の塑性変形や破断等の発生を防止することができ、ロール状支持部60が破損してしまうようなことを回避することができる。
また、傾動動作可能なジンバル11は、撓みプレート20を介して固定プレート25に連結されることになるので、所定の傾動動作を自由に行うことができると共に、ジンバル11の回転方向の動きを規制することができる。これにより、ジンバル11が他数回の傾動動作で際限なく回転移動してしまうようなことを防止することができる。
なお、このスライド装置30には、ジンバル11の移動状態を定める基準位置のようなものを定めてもよい。基準位置を設けることで、水平面内方向に移動した後も、基準位置に復帰させれば、或いは、基準位置から所定量だけ移動させることで、所定位置に簡単に復帰させることができる。
なお、この基準位置は、例えば、X−Y二軸のスライドが交差する部分に下方に広がるテーパ形状の連通穴を開けておき、零点復帰させたいときだけその穴に下方から球体をエアー等で押し上げてテーパ作用によって強制的に零点に復帰させる手段や、水平移動の駆動手段としてステッピングモータを使用し、電気的に零点に復帰させる手段等の公知の位置調整手段を用いることができる。
また、図7に示すように、対象物17と部材とを、面合わせ、調心後のずれを防ぐ場合には、対象物17と部材とが面合わせ、調心された状態を保持するように、保持機構50のロック状態を作動させればよい。
この場合には、ジンバル11下方のシリンダ52内のピストン54の上方側の空間に上部エア調節管120よりエアーを供給し、ピストン54の下方側の空間の空気を下部エア調節管125から排気させる。そして、ピストン54を下方に移動させるとともに、ピストン54と一緒に移動するロッド56を下方に移動させる。ロッド56の上部に連結されているロッド連結棒57を下方に移動させる。それに伴い、ロッドリング58及びリング受け部59を介して、ジンバル11を下方に移動させることで、ジンバル11の下部の凸球面状外形部13が、凹球面状外形部15に密着して、ジンバル11の傾きや、水平方向の移動を制限し、固定させることができ、ジンバル11の傾きは対象物17と部材とが面合わせ、調心された位置で保持されるから、対象物17と部材の接続面の接着を行う際に接続面がずれたりする心配もない。
なお、ロッド56の上部により下方に押圧されるロッドリング58の下面は、凸球面状外形部13と同様に下方に向かって凸状外形を有する凸状の球面状外形部が形成され、リング受け部59の上面は、凹状外形を有する凹状の球面状に形成されている。
これにより、ジンバル11が傾き変化した際、リング受け部59の上面をロッドリング58の下面が同様に傾き変化することで、ロッド連結棒57がジンバル11の傾き変化と一緒に傾かないようにすることができ、ジンバル11の移動の影響がロッド連結棒57や、ロッド56等に及ぶことを防ぐことができる。
これにより、保持機構50において、ピストン54の下降によりロッド56及びロッド連結棒57を介してロッドリング58が下方に押し込まれても、ロッドリング58の回転中心と、ジンバル11の回転中心である仮想中心Gとが一致することで、保持機構50を用いて、ジンバル11をロックするときに、ジンバル11の倣い状態を変化させないようにすることができる。結果として、ジンバル11をロックするときに安定した状態で維持することができる。
さらに、本実施の形態では、ジンバル11の倣い動作角度のリミットが設けられてあり、ジンバル11の傾斜角度が当該リミットの範囲内から逸脱しなように規制されている。具体的には、図7に示すように、円柱状空間部51の下部に当該内径よりも大きな内径を有する規制孔53が形成されてあり、当該規制孔53内部には、ロッド56の周囲に固定されている円筒状のリミットカラー55が挿入されている。この規制孔53の内径は、リミットカラー55の外径より僅かに大きくなるように形成されてあり、規制孔53の内周面と、リミットカラー55の外周面との間には、隙間が発生するような寸法形状に形成されている。ジンバル11が倣い動作により、傾斜した際、リミットカラー55の外周面の一部が、規制孔53の内周面の一部に当接しない範囲では自由に傾斜可能であるが、所定の傾斜範囲を超えると、リミットカラー55の外周面の一部が、規制孔53の内周面の一部に当接することで、それ以上、ジンバル11が傾斜しないように規制される。これにより、ジンバル11が倣い動作により、傾斜しすぎることによる破損等の種々の不具合の発生を防止することができる。
このように上述の使用方法によれば、対象物17と部材とを面合わせや調心する際に、互いの接続面が傾いたりしてずれていても(接続面の精度が悪くても)、部材を対象物17に押し付けるだけで簡単に面合わせや調心を行うことができる。しかも、ジンバル11上の対象物17の位置は移動しないので、面合わせや調心の精度は高いものとなる。
尚、本実施の形態の光部品の面合わせ・調心装置10は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本実施の形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るようにしてもよい。
上述したように、仮想中心Gに対象物17を設置するようにすれば、面合わせをしても位置は変わらないことになる。
11:ジンバル(ステージ部)
12:ジンバルベース(基台部)
12a:上部ジンバルベース
12b:下部ジンバルベース
13:凸球面状外形部
15:凹球面状外形部
16:基台部
17:対象物
G :仮想中心
19:移動調整手段
20:撓みプレート
22:第1連結部
25:固定プレート
26:第2連結部
30:スライド装置
31:X軸スライド装置
32:X軸スライドレール
33:X軸スライド部
41:Y軸スライド装置
42:Y軸スライドレール
43:Y軸スライド部
50:保持機構
51:円柱状空間部
52:シリンダ
53:規制孔
54:ピストン
55:リミットカラー
56:ロッド
57:ロッド連結棒
58:ロッドリング
59:リング受け部
60:ロール状支持部
62:軸
64:ボールベアリング
66:円筒筐体
70:弾性部材
72:切欠部
80:保護カバー
81:保護カバー支持板
100:スペーサ
110:ベースプレート
115:ロードセルプレート
116:ロードセル
120:上部エア調節管
125:下部エア調節管
Claims (4)
- 対象物が載置されるステージ部と、
前記ステージ部を下方から支持する基台部と、
前記ステージ部に設けられ、下方に凸となる球面状の凸球面状外形部と、
前記基台部に軸支されると共に、前記凸球面状外形部の水平接線方向への水平移動と前記水平接線方向を軸とする回転移動とが可能であって、前記凸球面状外形部を下方から支持する少なくとも3個のロール状支持部と、
前記基台部に設けられ、前記凸球面状外形部と整合する下方に凹む球面状の凹球面状外形部と、
前記ロール状支持部の軸を支持すると共に、前記凹球面状外形部から離間している前記凸球面状外形部が、前記ステージ部に対する荷重の増加に伴い前記凹球面状外形部に密着するように弾性変形する弾性部材と、
枠状で前記ステージ部の周囲に配置され、水平面の一方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う2箇所で前記ステージ部に対して固定される変形可能な撓みプレートと、
前記基台部に支持されると共に、水平面の前記一方向と交差する他方向において前記ステージ部を挟んで向かい合う2箇所で前記撓みプレートに対して固定される固定プレートと、
を備える対象物の面合わせ・調心装置。 - 前記固定プレートと前記基台部との間には、水平面上の直交する2軸でスライド可能なスライド装置を備える請求項1に記載の対象物の面合わせ・調心装置。
- 前記撓みプレートの上方には、前記撓みプレートの上方を覆う保護カバーを設ける請求項1又は請求項2に記載の対象物の面合わせ・調心装置。
- 前記凸球面状外形部が前記凹球面状外形部と密着するように前記ステージ部を前記基台部側に移動させて保持する保持機構を備える請求項1、2又は3に記載の対象物の面合わせ・調心装置。
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